无人水面艇是一种小型化、智能化的工作平台,在军事领域和民用领域上具有广泛的应用。路径跟踪是无人艇运动控制系统的基本功能,也是实现自主航行以及各项任务的关键技术之一。但是,无人水面艇一般没有横向推进器,那么在海洋或着河流当中容易被环境因素干扰,这对控制器的稳定性、高效性和鲁棒性要求较高。本文从两个方面进行路径跟踪控制器设计:一是将视线法制导算法进行了前视距离自调节设计;二是对于传统的PID控制器参数难以整定的问题,利用模糊逻辑进行在线参数调整。通过仿真实验对比,验证了前视距离自调节的优越性以及模糊自适应PID路径跟踪控制器的良好鲁棒性。建立了“启航号”无人水面艇的三自由度数学模型。引入两种坐标系描述无人艇的运动状态,并介绍了“启航号”无人艇的基本组成以及简化无人艇建模的假设条件。通过这些假设条件,推导和建立了无人艇的运动学模型、动力学模型以及简化成一阶系统的推进器模型。计算了动力学模型的质量矩阵系数、阻尼矩阵系数、推力相关的推力减小系数以及螺旋桨流量系数。将模拟的油门转速实验、回转实验与实际数据进行对比分析,并比较了模型和实船的操纵响应系数,验证无人艇模型的准确性。采用视线法制导算法计算期望航向,并介绍了直线和曲线制导算法的推导过程。针对传统恒定前视距离制导的缺点,设计了时变的前视距离公式以及分析了对系统稳定性的影响。通过对Fossen和Wan提出的时变前视距离公式分析,找出其中设定参数与最小前视距离和跟踪误差存在的函数关系。在不同船模下进行仿真,结果表明函数关系的可靠性。为了提高无人水面艇的控制操纵性能,将PID控制算法与模糊推理机制相结合,实现了PID参数的在线自整定。将时变前视距离视线法制导律与模糊自适应PID算法结合,形成模糊自适应PID路径跟踪控制器,并在“启航号”无人艇模型下进行了仿真实验。与常规PID控制相比,本文的路径跟踪控制器具有更好的动态响应以及鲁棒性。此外,结合路径规划位点设计,仿真表明对位点拟合的必要性。